JPS60247156A - 探傷方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は導電体或いは磁性体の被検査材の表面及び表皮
下に存する疵を検出する探傷方法及び装置に関し、更に
詳述すれば被検査材の表面に渦電流或いは静磁場を形成
せしめ、該表面及び表皮下に疵が存する場合のそれらの
変化により移動する様になしである検査コイルの移動距
離を測定することにより紙検出を行う全く新しい探傷方
法及びその実施に使用する探傷装置を提案するものであ
る。

〔従来技術〕

スラブ、鋼管等の被検査材の表面及び表皮下に存在する
疵を探傷する方法としては、従来より渦流探傷方法、漏
洩磁束探傷方法等積々の方法が実施されているが、これ
らの従来方法にあっては、何れも被検査材の表面及び表
皮下に疵が存在する場合の渦電流、磁場の変動を磁気セ
ンサにて検出することにより紙検出を行うものであった
。

この様な従来方法にあっては、磁気センサの検出感度の
向上を図るためには磁気センサを可及的に被検査材に近
接せしめる必要がある。しかしながら、被検査材は搬送
中に振動するため、該振動が大きい場合は被検査材が磁
気センサに衝突し、これを破損する虞れがある。このた
め磁気センサを被検査材に近接せしめるには限界があり
、探傷感度を向上する上での制約となっていた。

そこで、磁気センサの破損を防止し、また、該磁気セン
サの検出感度の向上を図る方法として、例えば、磁気セ
ンサと被検査材との空隙距１１ｔ（以下リフトオフとい
う）を大きくし、そのときの磁気センサの検出感度の低
下を補うべく磁気センサに連なる信号処理系に感度補償
のだめの回路を設ける方法がある。

しかしながら、このような方法による場合は信号処理系
が複雑になる等の理由により磁気センサの検出感度の低
下を補う上での制約があり、結局リフトオフを大きくす
るには限界があった。

〔目的〕

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、検査
コイルを被検査材の表面に接離移動可能に設け、また、
該被検査材の表面に前記検査コイルと機械的に独立に臨
設しである励磁コイルに、被検査材の表面の検査コイル
と対向する部分に渦電流を形成せしめるべく励磁電流を
通流し、被検査材の表面及び表皮下に疵が存在する場合
の前記渦電流の乱れに起因する検査コイルの移動距離を
測定することにより紙検出を行うこととして、複雑な信
号処理系を要さず従来方法よりもリフトオフを大きくし
得、更にこれに加えて被検査材の表面の検査コイルと対
向する部分にこれに沿う向きとなる静磁場を形成せしめ
るべく、直流を通流される電磁石を設け、該電磁石と励
磁コイルへの通流を交互に行ない、被検査材の表面及び
表皮下に疵が存在する場合の前記渦電流又は静磁場の乱
れに起因する検査コイルの移動距離を測定することによ
り疵の種類に関係なく検出が行なえる探傷方法及びその
実施に使用する探傷装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

本発明に係る探傷方法は、検査コイルを被検査材の表面
に対して接離移動可能に設け、また、該被検査材の表面
の前記検査コイルと対向する部分に渦電流を形成せしめ
るべく励磁電流を通流される励磁コイルを前記検査コイ
ルと機械的に独立に設け、被検査材の表面及び表皮下に
疵が存在する場合の前記渦電流の乱れに起因する前記検
査コイルの移動の距離を測定することにより疵を検出す
ることとし、更には検査コイルと対向する被検査材の表
面に電磁石を設け、被検査材の当該部分に渦電流及びこ
れに沿う静磁場を交互に形成せしめるべく、励磁コイル
に励磁電流を、また、電磁石に直流を交互に通流するこ
ととし、前記被検査材の表面及び表皮下に疵が存在する
場合の前記渦電流又は静磁場の乱れに起因する前記検査
コイルの移動距離を測定することにより疵を検出するこ
とを特徴とする。

〔原理〕

先ず本発明の原理について説明する。第１図に示すよう
に白抜矢符方向に移送されるスラブ１の上方に励磁コイ
ル２を、その軸心がスラブエの表面に直交する様にして
設け、これにパルス電流（交流電流であってもよい）を
通流する。これにより励磁コイル２の下方に位置するス
ラブ１の表層部にはその表面に対して垂直となる断続磁
場が形成される。そして、該断続磁場によりスラブ１の
表面には渦電流が発生せしめられる。励磁コイル２の真
上には該励磁コイル２と軸心を共通にして検査コイル３
をコイルバネ７．７を介して上下方向への移動可能に吊
支しである。

検査コイル３の真上には検査コイル３との距離を測定す
る距離センサ４、例えば光学センサ、マイクロ波センサ
、超音波センサを設けである。

今、下記＋１）式で示される電流１ｐを励磁コイル２に
通流すると、 １ｐ−Ｉｏ　ｅｘｐ（−αｔ）　・ｓｉｎβｔ　−（１
１但し、 Ｉｏ　：電流Ｉｐの初期振幅値 α　：減衰率 ｔ　：時間（秒） β　：角周波数（ｒａｄ／秒） スラブ１の励磁コイル２の直下部表面に疵が存在しない
場合に発生せしめられる渦電流密度Ｊｐ（Ａ／ｒｒｒ）
は下記（２）式で示される。

但し、 δはδ−−ＩＴ７Ｔエフで示される渦電流の侵入深さで
ある。

、Ｊｏニスラブ１の表面における渦電流密度（八／ｍＦ
） ２　ニスラブ１の厚み方向における表面からの距離（ｍ
） μ　：透磁率（０７ｍ　） σ　：導電率（Ｓ／ｍ） 而して、スラブｌの表面に疵が存在する場合は（２）式
において２が変化するので、このときの渦電流密度は変
化する。今、その変化分をΔＪρとすると、このときの
渦電流密度はＪｐ−ΔＪｐになる。渦電流密度が変化す
ると検査コイル３に作用する励磁コイル２の磁場の半径
方向成分も変化する。一方、検査コイル３には励磁コイ
ル２を流れる電流の誘導電流が流れており、励磁コイル
２の磁場の半径方向成分の磁場変化によって検査コイル
３にはフレミングの左手の法則に従う電磁力が上下方向
に作用する。検査コイル３の電流値を１（Ａ）とすると
、スラブ１の検査コイル３直下部表面に疵がない場合の
電磁力Ｆｏは下記（３）式で示される。

Ｆｏ　＝Ｋ　−ｉ　−Ｊｐ　（ｋｇ）　−・・（３）但
し、 Ｋ：換算係数であって、検査コイル３とスラブ１表面と
の空隙距離によって定まる。

従って、疵が存在する場合の電磁力Ｆ、は下記（４）式
で示される。

Ｆｌ　＝Ｋ　−１（Ｊｐ−ΔＪｐ）　（ｋｇ）　・・・
（４）而して、疵が検査コイル３の直下部に到来して通
過する場合にはその前後において電磁力が相違するので
、その差Ｆｏ−Ｆ、により検査コイル３は第２図に示す
様に上下方向に振動する。従って、この振動の振幅ΔＬ
ｉ　（疵が存在しない場合の距離センサ４〜検査コイル
３間の空隙距離Ｌｏと疵が存在する場合の距離センサ４
〜検査コイル３間の空隙距離Ｌ１との差に相当する）を
検出することにより疵検出が行なえるのである。

第３図は第１図に示した構成に加えてスラブ１の表面の
検査コイル３と対向する部分に、検査コイル３よりもス
ラブ１の表面に近接せしめて電磁石５を臨設した構成を
示しており、励磁コイル２及び電磁石５には夫々パルス
電流及び直流を交互に通流するようになしである。励磁
コイル２通流時は前述した通りであるので、電磁石５通
流時について説明する。

電磁石５に直流を通流すると、スラブ１表面の検査コイ
ル３直下部には表面に沿う向きの静磁場が形成される。

而して、スラブ１の表面に疵が存在する場合は該庇部か
ら磁束が漏洩し、疵が検査コイル３直下を通過する前後
にはこの漏洩磁束により静磁場が変化する。そして、こ
の静磁場の水平方向成分の変化により検査コイル３には
電流が流れ、従って、フレミングの左手の法則により上
下方向の電磁力が作用する。この結果その前後において
検査コイル３が上下に振動する。この振動の振幅ΔＬ２
を同様に距離センサ４にて検出することにより電磁石５
通流時における疵検出が行なえる。

なお、説明の便宜上第３図では電磁石５の磁極Ｎ極、Ｓ
極をスラブ１の移送方向に対設しであるが、リフトオフ
を大きくするにはＮ極、Ｓ極をスラブ１の板幅方向に対
設するのがよい。また、励磁コイル２．検査コイル３の
上下位置は逆であってもよい。而して、この場合にリフ
トオフはスラブ１の表面〜励磁コイル２又は検査コイル
３間の空隙距離になる。そして、励磁コイル２．検査コ
イル３及び電磁石５への通電電流を高めることによりリ
フトオフを大きくすることができる。

而して、公知のようにスラブ１の板厚方向に延出する穴
状のビット疵の検出には上記した渦流による探傷方法が
適しており、また、割れ疵の検出には漏洩磁束による探
傷方法が適している。従ってピント疵のみを検出する場
合には第１図に示す方法によれば良く、割れ疵の検出を
も併せて行なう場合には第３図に示す方法によればよい
。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例を示す図面に基づいて詳述する
。

第４図は本発明に係る探傷方法の実施に使用する装置を
その信号処理系と共に示す模式的側面図である。

本実施例は第３図で示した探傷方法を行なうためのもの
である。

図中１はスラブであって、図示しない搬送装置により白
抜矢符で示す長手方向に移送される。スラブ１の移送域
の所定の位置には磁極Ｎ極、Ｓ極をスラブ１の板幅方向
に対向（図面では手前側のＮ極が現れている）し、その
間にスラブ１を通過させるようにして電磁石５を設けで
ある。電磁石５は切換スイッチ１３を介して直流電源１
１に接続されており、該直流電源１１から直流を通流さ
れると、その直下に位置するスラブ１の表層部に板幅方
向に向かう静磁場を形成する。電磁石５の上方には支持
部材６を設けである。支持部材６は板幅方向の走査のた
めに図示しない駆動手段によりスラブ１の板幅方向に移
動されるようになっている。支持部材６には励磁コイル
２をその軸心をスラブ１の表面に垂直にして、その表面
から適長だけ離して堅固に取付けである。支持部材６に
は、また、コイルバネ７．７を介して検査コイル３を励
磁コイル２の少し上方にその軸心をこれと同方向にして
上下方向への移動可能に吊支しである。励磁コイル２は
切換スイッチ１３を介してパルス電流発生回路１２に接
続されており、該パルス電流発生回路１２から第５図（
ａ）に示すパルス電流を通流されると、その直下に位置
するスラブ１の表層部に渦電流を発生せしめる。

直流電源１１と電磁石５との接続及びパルス電流発生回
路１２と励磁コイル２との接続、つまりスイッチ１３の
切換えはスイッチ制御回路１４から与えられるスイッチ
切換信号により行われる。スイッチ制御回路１４は同期
パルス発生回路１５に接続されており、同期パルス発生
回路１５は第５図（ｂｌに示すデユーティ比２のタイミ
ングパルスをスイッチ制御回路１４に与え、スイッチ制
御回路１４は、そのハイ。

ローに応じてスイッチ１３の切換えを行なう。なお、こ
のタイミングパルスの１周期はパルス電流発生回路１２
が発するパルス電流の周期に比して十分長い。これによ
ってスラブ１の励磁コイル２の直下部表面には渦電流及
び静磁場が交互に形成されることになる。前記タイミン
グパルスは後述する信号処理装置１７にも与えられるよ
うになっている。

検査コイル３は既述した如く渦電流発生時又は静磁場形
成時にスラブ１の表面の検査コイル３と対向する部分に
疵が存在する場合に、その前後において変動する電磁力
の相違により上下方向に振動する。支持部材６の検査コ
イル３の真上に相当する下面には距離センサ４を取付け
である。距離センサ４は距離センサ４〜検査コイル３間
の空隙距１ｉ１１ｔＬを測定する。距離センサ４の測定
結果は信号処理装置１７に入力される。

信号処理装置１７はスイッチ制御回路１４からのタイミ
ングパルスによって距離センサ４による測定結果が励磁
コイル２又は電磁石５の何れへの通電時のものかを判別
する。そして、下記ｆ５１．　（６１式に示す演算を実
行する。

励磁コイル２への通流のとき ΔＬ＋＝Ｌ１ａ　Ｌ　−（５） 電磁石５への通流のとき ΔＬ　２　＝　Ｌ２５−　Ｌ・・’　（６１但し、 Ｌｌ、：励磁コイル２への通流時において、検査コイル
３直下のスラブ１の表面に疵 がない場合の検査コイル３と距離セン サ４間の空隙距離 Ｌ２．：電磁石５への通流時において、検査コイル３直
下のスラブ１の表面に疵がな イ場合の検査コイル３と距離センサ４ との空隙距離 そしてΔＬ１．　ΔＬ２を夫々所定の闇値と比較し、Δ
Ｌ１＋　ΔＬ２がそれらよりも大である場合はビット疵
９割れ疵が存在するとし警報器１８ａ、１８ｂを作動さ
せ、また、図示しないマーキング装置に所定信号を発す
る。

この様な本発明による場合はスラブ１の表面の検査コイ
ル３と対向する部分に渦電流又は静磁場を交互に形成せ
しめ、スラブ１の表面に疵が存在する場合と存在しない
場合の検査コイル３に作用する電磁力の相違による検査
コイル３の上下方向への移動量を検出することにより疵
検比を行なうものであるので、励磁コイル２及び電磁石
５への通流電流の値を適宜に選定することにより感度上
昇を図ることができ、従ってリフトオフを大きくするこ
とができる。

また、その構成により感度補償のための複雑な回路構成
を要せず、従来方法に比しより一層簡潔な構成にて疵検
比が行なえる。

更にスラブ１の搬送中の上下変動を何等かの手段にて検
出し、この変動分を補正量として距離センサ４の測定結
果に加味する場合は疵の存否のみならず、その深さも検
出することができる。

また、励磁コイル２に通流されるパルス電流の周波数を
適宜に選定する場合には表面疵のみならず内面底の検出
も可能となる。

また、電磁石５に替えて永久磁石を用いることも可能で
あり、この場合はこれによる静磁場が検査コイル３に及
ぼす影響を補償すればよい。

第６図は本発明装置の他の実施例を示す模式的側面図で
ある。この実施例は電磁石を設けず、渦流探傷型の疵検
比、つまりピット疵の検出のみを行なうためのものであ
り、前述の実施例と対応する部分には同一の番号を付し
て説明を省略する。

この実施例による場合は上述の実施例と同様、従来方法
に比してリフトオフを大きくとれることは勿論、スイッ
チ１３．スイッチ制御回路１４等を要せず、簡潔な構成
にてピント疵の検出が行なえる。

〔効果〕

以上の如き本発明は、検査コイルを被検査材の表面に接
離移動可能に設け、また該被検査材の表面に前記検査コ
イルと機械的に独立に臨設しである励磁コイルに、被検
査材の表面の検査コイルと対向する部分に渦電流を形成
せしめるべく励磁電流を通流し、被検査材の表面及び表
皮下に疵が存在する場合の前記渦電流の乱れに起因する
検査コイルの移動距離を測定することにより疵検比を行
なうものであるので、複雑な信号処理系を要さずに従来
方法よりもリフトオフを大きくし得る。更にまた、上述
の如き電磁石を併設する実施例による場合は、割れ疵、
ピット疵等の多種類の疵検比を同時に行なえる。

なお、上述の実施例では本発明をスラブの探傷に適用す
る場合について述べたが、鋼管等の他の導電体、磁性体
の疵検比についても適用できることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明のための模式図、第２図は検
査二ｌイルの振動波形図、第３図は原理説明のための模
式図、第４図は本発明装置をその信号処理系と共に示す
模式的側面図、第５図はスイッチ切換の動作説明のため
の信号波形図、第６図は本発明装置の他の実施例を示す
模式的側面図である。 ■・・・スラブ　２・・・励磁コイル　３・・・検査コ
イル４・・・距離センサ　５・・・電磁石　１３・・・
スイッチ１４・・・スイッチ制御回路　１７・・・信号
処理装置時　許　出願人　住友金属工業株式会社代理人
　弁理士　河　野　登　夫 富２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、検査コイルを被検査材の表面に対して接離移動可能
   に設け、また、該被検査材の表面の前記検査コイルと対
   向する部分に渦電流を形成せしめるべく励磁電流を通流
   される励磁コイルを前記検査コイルと機械的に独立に設
   け、被検査材の表面及び表皮下に疵が存在する場合の前
   記渦電流の乱れに起因する前記検査コイルの移動の距離
   を測定することにより疵を検出することを特徴とする探
   傷方法。 ２、検査コイルを被検査材の表面に対して接離移動可能
   に設け、また、該被検査材の表面の前記検査コイルと対
   向する部分に渦電流を形成せしめるべく励磁電流を通流
   される励磁コイルを前記検査コイルと機械的に独立に設
   け、更に当該部分にその表面に沿う静磁場を形成せしめ
   るべく直流を通流される電磁石を設け、前記励磁コイル
   及び電磁石への通流を交互に行ない、前記被検査材の表
   面及び表皮下に疵が存在する場合の前記渦電流又は静磁
   場の乱れに起因する前記検査コイルの移動の距離を測定
   することにより疵を検出することを特徴とする探傷方法
   。 ３、被検査材の表面に対して接離移動可能に設けである
   検査コイルと、 前記被検査材の表面に前記検査コイルと機械的に独立に
   臨設しである励磁コイルと、被検査材の表面に渦電流を
   形成せしめるべき励磁電流を励磁コイルに通流する励磁
   電源と、 前記検査コイルに対設してあって、それとの離隔寸法を
   測定する距離針と を具備することを特徴とする探傷装置。 ４、被検査材の表面に対して接離移動可能に設けである
   検査コイルと、 前記被検査材の表面に前記検査コイルと機械的に独立に
   臨設しである励磁コイルと、被検査材の表面に渦電流を
   形成すべき励磁電流を励磁コイルに通流する励磁電源と
   、被検査材の表面に沿う静磁場を形成する磁化手段と、 前記検査コイルに対設してあって、それとの離隔寸法を
   測定する距離針と を具備することを特徴とする探傷装置。